27 août 2018 | La Revue POLYTECHNIQUE 05/2018 | Physique

Des systèmes radiorésistants sur Terre, sous Terre et dans l’espace

Les secteurs de l’aérospatial et de la physique des particules n’ont a priori pas grand-chose en commun. Et pourtant, dans ces deux domaines, les chercheurs doivent faire face à des conditions extrêmes, en particulier en matière de rayonnements, imposant des contraintes technologiques rigoureuses, souvent similaires dans les deux cas.

Le CERN exploite des installations d’essai et développe des technologies de qualification pour la physique des hautes énergies, qui s’avèrent également utiles pour des essais terrestres ou la qualification d’équipements de vol. L’intérêt est immense, en particulier pour les satellites miniaturisés CubeSat, assemblés la plupart du temps à partir de composants disponibles dans le commerce, dans la mesure où la procédure standard visant à assurer leur radiorésistance est coûteuse et chronophage.

CubeSat désigne un format de microsatellites destiné à réduire les coûts de lancement des très petits satellites et permettre ainsi aux universités de développer et de placer en orbite leurs propres engins spatiaux. Plus de deux cents satellites de ce format, dont la masse peut aller de 1 à 10 kg, ont été développés à des fins de recherche ou dans le cadre de travaux universitaires.

Le projet CELESTA a été présenté lors de la conférence annuelle internationale RADECS qui s’est tenue du 2 au 6 octobre 2017 au CERN. (Image: Enrico Chesta, CERN)

Un microsatellite de surveillance des rayonnements

Le projet CELESTA (CERN Latch-up Experiment Student Satellite) a pour objectif de développer une version miniaturisée et adaptée à l’exploitation spatiale, du système de surveillance des rayonnements RadMon, mis au point au CERN, et de démontrer que l’installation CHARM (CERN High-Energy Accelerator Mixed-Field Facility, https://kt.cern/technologies/charm) peut être utilisée pour déterminer si des produits conviennent à une exploitation en orbite terrestre basse.

Développé en collaboration avec le Centre Spatial Universitaire de l’Université de Montpellier, le microsatellite CELESTA a été primé par l’Agence spatiale européenne dans le cadre du programme «Fly Your Satellite !» soutenu par le bureau éducation de l’ESA. Il sera mis en orbite en 2018 ou 2019.

Autres installations et technologies

De nombreuses autres installations et technologies concernent à la fois les rayonnements spatiaux et ceux des accélérateurs. Les détecteurs TimePix, qui sont des trajectographes alimentés via USB, sont utilisés par la NASA à bord de la Station spatiale internationale pour surveiller les doses de rayonnement. Les codes Monte-Carlo*, tels que FLUKA et Geant4, développés et mis à jour par des collaborations internationales, avec l’appui du CERN, sont constamment utilisés pour étudier les environnements radioactifs de missions spatiales passées et actuelles.

Le diborure de magnésium (MgB₂), un supraconducteur à haute température, qui sera utilisé dans les lignes de transmission électrique innovantes du LHC à haute luminosité, présente également un intérêt pour les futures missions spatiales, tout comme VESPER (Very Energetic Electron Facility for Space Planetary Exploration Missions in Harsh Radiative Environments), une ligne de faisceau d’électrons de haute énergie destinée aux tests d’irradiation. Elle fait partie de l’installation CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research, https://clear.web.cern.ch/), destinée à tester des composants électroniques en vue de leur fonctionnement dans l’environnement de Jupiter.

RADECS: un cadre de discussion sur les effets des rayonnements

Ces synergies ont été mises en lumière lors de la conférence annuelle internationale RADECS (Radiation Effects on Components and Systems), que le CERN a accueillie pour la première fois du 2 au 6 octobre 2017. Cette conférence avait pour but d’offrir un cadre de discussion européen sur les effets des rayonnements sur les matériaux, les appareils, les circuits, les capteurs et les systèmes électroniques ou photoniques.

Le thème de la conférence était: «De l’espace aux profondeurs terrestres», faisant référence à la nécessité de disposer de systèmes radiorésistants pour les applications spatiales, aéronautiques ou terrestres, ainsi que pour les expériences de physique des particules menées sous terre. Des informations complémentaires figurent sous kt.cern/aerospace.

Source: CERN Courier